近日，生科学院汪城墙/刘凯课题组在多粘类芽孢杆菌转化可再生杨木水解原液生产2,3-丁二醇研究方面取得新进展，以“metabolic engineering of paenibacillus polymyxafor effective production of 2,3-butanediol from poplar hydrolysate”在《bioresource technology》在线发表。硕士研究生张继坤、齐鲁工业大学赵建志副教授和付全彬博士为该论文共同第一作者；汪城墙副教授为该论文通讯作者。
图1. 构建多粘类芽孢杆菌工程菌及利用杨木水解原液发酵生产2,3-丁二醇的技术流程
2,3-丁二醇是一种重要的可再生燃料和功能化合物。利用多粘类芽孢杆菌合成2,3-丁二醇的研究越来越受到人们的关注。本研究利用基因组学、转录组学和代谢组学相结合的方法，鉴定了多粘类芽孢杆菌中由葡萄糖和木糖合成2,3-丁二醇的完整代谢途径及其相关途径基因。研究了乳酸脱氢酶基因ldh1和ldh3、丁二醇脱氢酶基因bdh、芽孢形成相关基因spo0a和spoiie、辅因子等对2,3-丁二醇合成的影响，并在多粘类芽孢杆菌基因组序列中直接原位敲除抑制基因或过表达活性基因，以构建工程菌实现2,3-丁二醇的高效合成。同时，解析了多粘类芽孢杆菌合成2,3-丁二醇过程中的葡萄糖抑制效应和乙酸代谢溢流消除机制，并多角度分析了芽孢形成能力和形成率对合成2,3-丁二醇的影响。最终构建成功的多粘类芽孢杆菌工程菌利用杨木水解原液（含27 g/l葡萄糖和15 g/l木糖，未脱除抑制物）生产2,3-丁二醇的最大产率为0.465 g/g，2,3-丁二醇和乙醇的总产量可达21.7 g/l。本研究为利用杨木等木质纤维素水解液生产可再生燃料和和功能化合物提供了一种新方案，并具有应用价值。
汪城墙/刘凯课题组在杜秉海教授的带领下，长期专注于微生物代谢工程与合成生物学的研究工作，利用多粘类芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母等模式微生物作为底盘细胞开发使能技术，并针对植物根际抗逆和促生微生物开发了多种新型微生物肥料，在生物合成、改善作物连作障碍、改良盐碱地等方面具有重要应用价值。
该研究得到了国家自然科学面上项目、山东省重点研发计划课题、企业开发项目和开放课题的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.130002
编 辑：万 千
审 核：贾 波
